自古以来，几乎每个大洲的文化都发现，某些植物的叶子在咀嚼，酿造或摩擦在身体上时，可以缓解各种疾病，激发幻觉，甚至更高剂量甚至导致死亡。

如今，制药公司从专门的农场进口这些曾经稀有的植物，并提取其活性化合物来制造东碱等药物，以减轻晕车病和术后恶心，以及阿托品，以减轻与帕金森氏病有关的流口水或在插管时帮助维持心脏功能COVID-19患者并将其放在呼吸机上。

方式重现这些古老的补救措施，将它们有效地转化为将糖和氨基酸转化为这些民俗药物的微观工厂，啤酒酵母可以自然地将糖转化为酒精。

“在COVID-19危机期间，我们看到的药品短缺使我们明白为什么我们需要新的，更可靠的方法来采购这些植物性药物，这种方法需要几个月甚至几年的时间才能生长，并且来自一些气候变化的国家，自然灾害和地缘政治问题可能会破坏供应。” 生物工程学教授， 今天在《自然》杂志上发表论文的高级作者克里斯蒂娜·斯莫尔克( Christina Smolke)说 。

Prashanth Srinivasan，是Smolke实验室的研究生，也是该论文的第一作者，对酵母进行了工厂底层的重新编程。以工程师的思维方式，他将每个酵母细胞器或基本的代谢单位视为组装线上的工作站。他把核想象成工厂的控制中心，调节组装药物化合物所需的逐步化学过程。产生能量的细胞器线粒体需要特别注意。细胞利用电子在装配线上钩住或解开分子，斯里尼瓦桑需要大量电子来制造他想要的产品-一种称为托烷生物碱的复杂化学化合物家族。几千年来，人类一直在使用这些化合物，从减轻牙痛和腹痛到进行宗教仪式和毒害竞争对手，无所不包。

悠久的使用历史

托烷生物碱的广泛医学用途是共同进化的偶然事件。两种植物家族的化学物质-古柯，可卡因的生产者以及茄子，烟草以及西红柿和辣椒的茄属植物-经过进化可以抵御昆虫和动物，恰好恰好适合哺乳动物神经系统中的关键细胞受体。系统。这些乙酰胆碱或ACh受体有助于将神经冲动转化为肌肉，腺体和其他人体组织的动作。当托烷生物碱进入血液时，它会与这些ACh受体结合，并刺激或抑制相邻的肌肉，腺体或组织，从而产生多种多样的效应。

传统社会不了解这些化合物的生物化学，但​​确实注意到了它们的药用价值。安第斯土著人从古柯叶中咀嚼或冲泡茶来抑制饥饿，治疗胃肠道疾病和娱乐。从欧洲到北非再到西亚，各个民族都喜欢从致命的茄属植物或颠茄中提取的托烷生物碱 ，因其被妇女用作扩大瞳孔的美容剂而得名。现代眼科医生仍在眼科检查中使用它来产生相同的效果。在东南亚， 口服从曼陀罗植物中提取的托帕烷生物碱 用于鼻窦感染，而澳大利亚的原住民则根据杜鹃花灌木的致幻作用来进行仪式。 ，这是当今药物的托烷生物碱的主要来源。

代谢工程

Smolke和她的团队花了三年的时间对酵母的DNA进行了总共34种遗传修饰，以控制未知的托烷生物碱化学组装过程中的每个步骤。他们的方法(称为代谢工程)是一种更精确的生物技术形式，其中基因重编程使用或修改自然发生的细胞过程来生产满足人类需求的产品。例如，当啤酒酵母生产酒精时，细胞会自然排出化学物质，因此我们可以收集和饮用它。斯坦福大学的研究小组精心设计了工程酵母的细胞器和细胞膜，以确保其复杂的托烷生物碱分子从化学组装线中完整出来，从而可用于药物。